專利名稱：高動態(tài)范圍調制的獨立前饋放大器網(wǎng)絡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功率放大器，特別涉及利用前饋以減小功率放大器工作期間產(chǎn)生的失真的功率放大器網(wǎng)絡。本發(fā)明具體涉及一種前饋放大器網(wǎng)絡，它能從各種各樣調制格式和信號輸入電平中重現(xiàn)出無失真信號。
射頻功率放大器應用在各類通信和其它的電子設備中。這類放大器由一個放大級或多個級聯(lián)的放大級構成，其每一級以稱作“單級增益”的增益量對加到該級輸入端的信號的電平進行增大。理想上，每一級中輸入到輸出的傳輸特性應該是線性的，也即在放大器輸出端出現(xiàn)的是幅度上增大了的輸入信號的完善復制。然而，實際上所有功率放大器都有一定程度的非線性傳輸特性。這種非線性導致輸出信號的失真是使它不再為輸入信號的完美復制。此種失真產(chǎn)生出稱為“互調產(chǎn)物”的假信號成分。由于互調產(chǎn)物會造成干擾、串話，以及使功率放大器系統(tǒng)在性能方面產(chǎn)生其它有害的效應，因而互調產(chǎn)物是不希望有的。所以，先有技術考慮了各種方法和器體，以設計來減小功率放大器工作期間產(chǎn)生的失真。所提出的兩種通常的方法是預失真和前饋。
預失真方法是利用一個輔助失真源，它產(chǎn)生了一個輔助失真信號，類同于功率放大器發(fā)生的失真。將輔助失真信號以合適的幅度和相位加到功率放大器的輸入端，使得功率放大器輸出端上的失真被抵消掉。這一方法要求匹配好兩種不相同信號源失真特性，因而限制了它所能得到的校正程度。
前饋方法并沒有上面這種限制，它是分離出功率放大器所產(chǎn)生的失真，調節(jié)其幅度、相位和延時，再加回到功率放大器的輸出中，以求得最大的失真抵消。應用前饋法所能獲得的失真減小量主要受限于上述幅度和相位調節(jié)的準確度。
參閱

圖1，該圖示出了先有技術的前饋系統(tǒng)方框圖。裂相器電路12將引線11上的輸入信號裂相成兩部分，一部分送到功率放大器14，另一部分經(jīng)由引線15和調節(jié)電路送到抵消電路18。功率放大器14的輸出中包括有對輸入信號放大時引起的失真成分。從定向耦合器16中取出功率放大器14給出的一部分輸出信號，也送到抵消電路18上。用固定增益、相移和延時的調節(jié)器對引線15上的輸入信號作增益、相移和延時調節(jié)，以使它與定向耦合器16來的信號相混合時該部分輸入信號被抵消，從而在引線19上得出失真成分。該失真成分再由固定增益、相移和延時的調節(jié)器進行調節(jié)，使得它與功率放大器的輸出在定向耦合器10中相混合時，合成的輸出信號中不再有失真成分。然而，這種方法的問題在于，使用固定增益、相移和延時的調節(jié)器時，它沒有能力隨著工作點變化來相應地調節(jié)增益和相移參數(shù)，工作點變化例如是輸入信號變動、電壓變動或溫度起伏造成的。
參閱圖2，它示出了前饋系統(tǒng)力求克服上述的缺點的另一種先有技術電路方框圖。一個測試信號或導頻信號經(jīng)由耦合器30注入到功率放大器24的主信號通路中。在功率放大器輸出端上檢測時，導頻信號的大小被自動控制電路32用來調節(jié)引線29上信號的增益和相位，以便同時消除導頻信號和功率放大器24引入的失真成分。這個方案的問題在于，單一音調的導頻信號的注入僅僅在一個窄帶寬上提供出抵消互調產(chǎn)物的結果。此外，圖2中的實施例仍然采用了固定增益、相移和延時的調節(jié)器來求得有關信號的抵消。
參閱圖3，它示出了前饋系統(tǒng)先有技術的又一種電路方框圖，該電路設計得能提高射頻功率放大器的線性傳輸特性。它是這樣實現(xiàn)的，在標號7處將標號8處和標號5處來的輸入和輸出信號進行比較，以在標號10處給出一個反相的失真信號，再與標號26處已放大的信號在標號11處相組合。基準信號13直接注入到射頻功率放大器2，使之出現(xiàn)在輸出端，它就象是一個放大的、誘發(fā)出的失真。監(jiān)測器電路14對呈現(xiàn)在輸出端3上的基準信號13進行監(jiān)測，并修正均衡器電路15的特性，以便從輸出端3上放大的輸出信號中去除所注入的基準信號。
值得注意的是，基準信號13可以是依序地調節(jié)在所需基準頻率上的單一基準，也可以是一些梳狀頻率，就像梳狀信號發(fā)生器通常產(chǎn)生的那些頻率一樣。
對于依序調節(jié)其頻率的單一基準信號，監(jiān)測器以反復調節(jié)均衡器15的合適頻段來適應每個依序的基準頻率，以實現(xiàn)信號抵消。對于梳狀頻率基準信號，監(jiān)測器14具有頻率選擇性，它被調節(jié)至響應于每一特定的梳狀頻率，同時均衡器15被調節(jié)于合適的頻段。
上面這些方法力圖在功率放大器工作頻帶的一個寬范圍內達到互調產(chǎn)物的抵消，但它們都有著缺點，即在所期望的互調產(chǎn)物抵消程度達到之前，就應該做好一些頻帶均衡的調節(jié)。而實現(xiàn)這些依序調節(jié)所需的附加時間對系統(tǒng)的性能會造成有害影響。此外，它們無能力在下面的工作狀態(tài)下提供適當?shù)幕フ{產(chǎn)物抵消作用，即對于具有混合調制格式的工作狀態(tài)，以及對于所放大的輸入信號動態(tài)范圍大的工作狀態(tài)。
所以，提供出一種克服先有技術缺點的寬頻帶、寬動態(tài)范圍前饋功率放大器網(wǎng)絡，將是十分有用的。
簡要地說，本發(fā)明的前饋功率放大器網(wǎng)絡中應用了一個掃頻的導頻音信號，借以減小網(wǎng)絡中功率放大器產(chǎn)生的失真。一開始，一個復合輸入信號輸入到該網(wǎng)絡，復合信號至少包含有寬帶調制格式和窄帶調制格式之一。此外，一個例如是可變頻率振蕩器產(chǎn)生的掃頻的導頻音信號注入到功率放大器輸入通路中。然后，利用失真抵消作用來產(chǎn)生一個放大的輸出信號，該輸出信號包含有的輸出成分便是輸入信號內那些成分的復制。又在不存在輸出成分的放大器通帶內檢測導頻音功率，以便確定出余留在放大的輸出信號內的平均導頻音功率。平均導頻音功率是在放大的輸出信號中得出的、沿功率放大器工作頻帶上的平均導頻音功率值。隨著導頻音功率的檢測來調節(jié)放大器網(wǎng)絡的不同特性，以使在放大器網(wǎng)絡輸出端減小導頻音的量值。
本發(fā)明的第一個優(yōu)點在于，掃頻的導頻音信號是一個可變頻率信號，而不是固定頻率、跳變頻率或梳狀頻率的信號。
本發(fā)明的第二個優(yōu)點在于，對導頻音功率的檢測是依據(jù)沿功率放大器工作頻帶上的平均功率為基礎的，而不是檢測各單個頻率上的功率。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點在于，放大器網(wǎng)絡特性的調節(jié)是以沿放大器工作頻帶上的平均導頻音功率為依據(jù)的，而不是以單個或多個固定頻率點上的導頻音檢測為依據(jù)的。
本發(fā)明還有一個優(yōu)點，即沿放大器工作頻率帶上的寬帶失真和窄帶失真均可抑制掉。
圖1示出一種先有技術的前饋放大器網(wǎng)絡;
圖2示出另一種先有技術的前饋放大器網(wǎng)絡;
圖3示出又一種先有技術的前饋放大器網(wǎng)絡;
圖4示出本發(fā)明的一種前饋放大器網(wǎng)絡;
圖5示出本發(fā)明前饋放大器網(wǎng)絡的一種信令工作狀態(tài)例子。
參閱圖4，它示出本發(fā)明的一種前饋放大器網(wǎng)絡200的電路方框圖。這種放大器網(wǎng)絡的工作狀態(tài)信令例子示于圖5。如圖5所示，放大器網(wǎng)絡200的信令同時預測出寬帶已調制信號520和窄帶已調制信號510。除了包括有多種調制格式之外，信號具有寬廣的幅度變化也能表征在所給的信令工作狀態(tài)中。
回過來參閱圖4，輸入信號216可以包含有同時具有窄帶和寬帶調制格式的許多成分，諸如頻分復用通路(FDMA)格式和碼分復用通路(CDMA)格式等。在一條信號路徑中，即主信號路徑中，輸入信號在主放大器202中得到放大，經(jīng)過定向耦合器203、延時204和定向耦合器205與206后去往輸出端217。如前面所述，在主放大器202中會引入失真和互調產(chǎn)物。由于輸入端216上同時加有窄帶和寬帶信號，因而圖4中的電路設計得在輸出端217之前實質上已全部除去了由主放大器引入的寬帶和窄帶的失真和互調產(chǎn)物。
為做到這一點，輸入信號216的一路被前饋信號路徑中的延時電路207延時，然后由增益和相位調節(jié)器208在不引入任何失真的情況下進行增益和相位調節(jié)。延時電路207的延時量調定到補償好輸入信號經(jīng)過主放大器202和定向耦合器203時引起的信號延時。然后，定向耦合器203和209使一部分具有失真成分的信號與前饋信號相混合。如果前饋輸入信號的幅度和相位調節(jié)得合適，自定向耦合器203來的已放大信號中的載波成分會抵消掉前饋輸入信號中的載波成分，使定向耦合器209的輸出端上形成誤差信號。這種處理常被稱作“載波抵消”。
然后，在增益和相位調節(jié)器210中改變誤差信號的幅度和相位，在誤差放大器211中將調節(jié)后的誤差信號進行放大，并送往定向耦合器205，在那里它與經(jīng)由定向耦合器203和延時電路204來的主放大器202的輸出信號相減。延時電路204的延時量調定到補償好誤差信號經(jīng)過會向耦合器209、增益和相位調節(jié)器210及誤差放大器211時引起的信號延時。如果誤差信號的幅度和相位調節(jié)得合適，主信號路徑中的失真成分將被抵消，使主信號路徑上的輸出217成為干凈信號。
為達到最佳的失真抵消，增益和相位調節(jié)器208和210必須控制得能產(chǎn)生出干凈的輸出信號，也即實質上不帶有由放大器202附加進失真的輸出信號。按照本發(fā)明，導頻音發(fā)生器213產(chǎn)生出掃頻的導頻音信號212，它經(jīng)由定向耦合器219注入到輸入信號216的路徑中，并傳輸至主放大器202。導頻音信號的幅度控制得等于主放大器202產(chǎn)生的失真成分的電平。于是，定向耦合器209輸出端上的誤差信號實際上代表了由主放大器202和導頻音信號212引入的失真成分。在主放大器輸出路徑內適當?shù)氐窒麑ьl音信號212時，那些相等幅度的失真成分也將被抵消，因而在輸出端217上提供出干凈的輸出信號。
為了確定導頻音信號的抵消程度，本發(fā)明中應用了導頻音檢測器215。按照較佳實施例，導頻音檢測器215是一個窄帶的導頻音接收機。工作時，檢測器215被鎖相，也即通過信號218它與導頻音發(fā)生器213相同步。按照較佳實施例，導頻音發(fā)生器213是一個可變頻率振蕩器。該振蕩器在下文中稱作為“基準信號218”的本地時鐘(L.O.)所驅動，便能產(chǎn)生出某個范圍內的振蕩頻率。由于導頻音發(fā)生器213和導頻音檢測器215受同一基準信號218驅動，盡管在主放大器輸出路徑中存在著附加信號，檢測器215仍能容易地識別出導頻音信號。
與先有技術中采用的固定頻率、跳變頻率或梳狀頻率不同，掃頻的導頻音信號的特性正如是一個具有連續(xù)變化頻率的信號;其中，頻率隨時間變化的速率是恒定的。這樣，可使本發(fā)明的導頻時信號的掃頻掃過放大器網(wǎng)絡的整個工作頻帶。與之不同，固定頻率的導頻音信號只有一個頻率，跳變頻率的導頻音信號雖有著可變的的頻率，但頻率隨時間的變化是個跳變函數(shù)，而梳狀頻率的特性充其量是有著多個固定頻率的信號。利用掃頻的導頻音信號能獲得這樣的優(yōu)點，它能在放大器網(wǎng)絡200的整個工作頻帶內同時提供出導頻音的抵消和失真成分的抵消。
工作中，從定向耦合器206中得出自定向耦合器205的輸出中來的各隨機樣值，并傳輸?shù)綑z測器215;而定向耦合器205的輸出點代表了主放大器輸出路徑中失真成分和導頻音都被抵消的地點。像前面所認定的，檢測器215如本技術領域中已知的那樣，是一個窄帶接收機。
按照較佳的實施例，該窄帶接收機調諧于導頻音掃頻發(fā)生器213的頻率上，以便在掃頻期間的許多間段上確定出導頻音信號的強度。如果輸出信號217中的導頻音信號212與一個載波信號相符合，檢測器215將不對它作出響應。所以，只有處于各載波信號之間的那些導頻音信號，才被檢測器215檢測出。
按照較佳實施例，導頻音信號的強度由檢測器215對每一頻率測量幾次。就每一個離散頻率的多次測量一起進行平均，以提供出該頻率上平均信號強度(導頻音信號功率)的樣值。在一次掃頻期間，在許多掃頻間段(頻率)上取出多個這樣的樣值。將這些樣值一起進行平均，以確定出在主放大器輸出路徑內的平均導頻音功率電平。隨著檢測器215的檢測，控制器214調節(jié)增益和相位調節(jié)器208和210的增益和相位特性，以同時消除導頻音信號和由功率放大器202引入的失真成分。
按照較佳實施例，控制器214是由一個例如是數(shù)字電壓表之類的模/數(shù)轉換器組成的，它將檢測得的導頻音功率電平轉換成相應的數(shù)字信號，以供微處理器應用。微處理器被編程來調節(jié)增益和相位調節(jié)器208和210的增益和相位特性。根據(jù)此方法，在所期望的抵消程度達到之前，不再需要在各順序的頻率上進行某些增益和相位調節(jié)。代之以通過在一次掃頻期間的一些間段上對導頻音功率電平進行取樣，并將那些樣值一起作出平均，來確定出整個掃頻中的平均導頻音功率電平;與此同時，做到了放大器網(wǎng)絡的全部工作頻帶上導頻音信號與失真成分兩者的一同抵消。
上文參照一個示例性的實施例描述了本發(fā)明。然而，很明顯，對于本領域的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出不同的變型。例如，圖4示出的一種電路中的是應用了單個的載波抵消環(huán)路?？梢岳斫?，本領域的那些技術人員也能應用成組的或者級聯(lián)的載波抵消環(huán)路。此外，控制器214并不必需是個微處理器控制的裝置，同時，檢測器215可以是一些熟知的窄帶射頻檢測器或選頻接收機中的任一種。再者，本領域的那些技術人員還可理解，導頻音信號212可以是由一個模擬電路源或數(shù)字電路源產(chǎn)生出的。另一種變型可以包括有將增益和相位調節(jié)器210連接到誤差放大器211的輸出端，由此來調節(jié)被放大的誤差信號的幅度和相位，以便在主放大器的工作頻帶內減小平均導頻音功率電平。
權利要求
1.一種前饋放大器網(wǎng)絡，能減小由功率放大器產(chǎn)生的失真，其特征在于包括接收裝置，用以接收輸入信號，該輸入信號中具有的信號成分至少包含有下列信號之一寬帶調制格式的信號；窄帶調制格式的信號；產(chǎn)生裝置，與上述接收裝置相耦合，用以產(chǎn)生掃頻的導頻音以起基準信號的作用，其中將掃頻導頻音注入到功率放大器輸入信號的輸入路徑中；電路裝置，與上述接收裝置相耦合，用以產(chǎn)生對輸入信號的一種已放大輸出，上述的輸入信號具有至少包含有下列信號之一的信號成分寬帶調制格式的信號；窄帶調制格式的信號；檢測裝置，與上述的電路裝置相耦合，用以檢測出處在已放大輸出信號中各成分之間的平均導頻音功率電平；調節(jié)裝置，與上述檢測裝置相耦合，用以調節(jié)上述電路裝置的特性，以在放大器工作頻帶內減小平均導頻音的功率電平。
2.根據(jù)權利要求1所述的前饋放大器網(wǎng)絡，其特征在于，所述的產(chǎn)生掃頻的導頻音的裝置是一個可變頻率振蕩器。
3.根據(jù)權利要求1所述的前饋放大器網(wǎng)絡，其特征在于，所述的基準信號具有可變頻率振蕩器的本地振蕩頻率。
4.根據(jù)權利要求1所述的前饋放大器網(wǎng)絡，其特征在于，所述的掃頻的導頻音是一個頻率變化的信號，而不是單個或多個固定頻率的信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的前饋放大器網(wǎng)絡，其特征在于，所述的掃頻的導頻音包括下列信號中至少其中之一一個已調制的信號;一個未調制的信號。
6.根據(jù)權利要求1所述的前饋放大器網(wǎng)絡，其特征在于，所述的電路裝置上還包括一個第一抵消裝置，與功率放大器相耦合，用以產(chǎn)生一個代表掃頻音的誤差信號，以及由功率放大器引起的失真成分;一個第二抵消裝置，與第一抵消裝置相耦合，用以組合一個已放大的誤差信號和功率放大器輸出信號，以產(chǎn)生出放大的輸出信號。
7.根據(jù)權利要求1所述的前饋放大器網(wǎng)絡，其特征在于，所述的檢測裝置是從由下列裝置構成的檢測器組中選擇出的一種裝置選頻接收機;窄帶射頻功率檢測器。
8.根據(jù)權利要求1所述的前饋放大器網(wǎng)絡，其特征在于，所述的檢測裝置鎖相到基準信號。
9.根據(jù)權利要求1所述的前饋放大器網(wǎng)絡，其特征在于，所述的調節(jié)裝置響應放大器工作頻帶內檢測出的平均導頻音功率電平，調節(jié)誤差信號的幅度和相位。
10.根據(jù)權利要求9所述的前饋放大器網(wǎng)絡，其特征在于，平均導頻音功率被確定為在一次掃頻期間取得多個導頻音功率的樣值的函數(shù)。
11.根據(jù)權利要求1所述的前饋放大器網(wǎng)絡，其特征在于，所述的接收裝置接收一個輸入信號，該輸入信號在各輸入信號成分之間具有大的動態(tài)范圍。
12.一種用以減小由功率放大器網(wǎng)絡產(chǎn)生的失真的方法，其特征在于包括以下步驟連通一個輸入信號，該輸入信號中至少包含有下列成分之一對功率放大器作寬帶調制格式的信號，及對功率放大器作窄帶調制格式的信號;向功率放大器輸入信號中注入一個掃頻的導頻音;產(chǎn)生一個放大的輸出信號，該輸出信號中至少包含有下列成分之一寬帶調制格式的信號;窄帶調制格式的信號;沿著放大器的工作頻帶，在放大的輸出信號成分之間檢測出平均導頻音功率電平;及響應平均導頻音功率電平的檢測，來調節(jié)功率放大器網(wǎng)絡的特性，以便在沿放大器的工作頻帶內減小導頻音調功率的幅度;這樣，在沿放大器的工作頻帶內，寬帶失真和窄帶失真都受到抑制。
全文摘要
應用掃頻的導頻音(212)的前饋放大器網(wǎng)絡(200)能減小功率放大器(202)產(chǎn)生的失真。放大器網(wǎng)絡輸入含有寬帶和/或窄帶調制格式的復合信號(216)，掃頻的導頻音(212)注入功率放大器(202)的輸入通路。失真抵消電路產(chǎn)生對輸入信號(216)放大的輸出信號。放大器通帶內檢測出不含輸出成分的導頻音功率以確定放大的輸出信號(217)里余留的平均導頻音功率。放大器網(wǎng)絡依此調節(jié)其特性以減小網(wǎng)絡輸出端導頻音信號值。
文檔編號H03F1/32GK1083986SQ93103078
公開日1994年3月16日 申請日期1993年3月18日 優(yōu)先權日1992年3月20日
發(fā)明者小德瑞克·L·塔特賽勒, 詹姆斯·F·隆 申請人:莫托羅拉公司